Las Computadoras Digitales y La Arquitectura Von Neumann

INTRODUCCIÓN:

Estructura básica de un sistema informático
Esta formado por cuatro partes:
-Hardware (parte física): formada por

•  La Unidad Central de Proceso
•  La memoria auxiliar
•  Los periféricos 
•  Los buses de comunicación.

    -Firmware: es el software que viene incorporado el Firmware
-Software(programas): formada por

• El Sistema Operativo
• Las Aplicaciones

-Humanware, que es la parte humana y se divide en dos grupos:

• El Profesional Informático
• Los Usuarios

¿Quien es John von Neumann?

John von Neumann nació el 28 de diciembre de 1903 en Budapest y falleció el 8 de febrero de 1957 en Washington, D.C.
Fue un matemático húngaro-estadounidense que realizó varias contribuciones fundamentales en la física cuántica, el análisis funcional, la teoría de conjuntos, el análisis numérico, etc. Es considerado como uno de los matemáticos mas importantes de toda la historia moderna. También es conocido por su famosa arquitectura von Neumann.

La Arquitectura von Neumann
La arquitectura von Neumann es una familia de arquitecturas de computadoras que utilizan el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las instrucciones como para los datos. La mayoría de computadoras modernas están basadas en esta arquitectura, aunque pueden incluir otros dispositivos adicionales.
En la actualidad s utilizan dos tipos principales de ordenadores: analógicos y digitales. Sin embargo, el término ordenador suele utilizarse para referirseexclusivamente al tipo digital.
Existen muchas opciones posibles a la hora de diseñar un ordenador digital. En la actualidad, la más aceptada es la denominada aquitectura Von Neumann, propuesta por el matemático húngaro John von Neumann en 1945. 
Esta arquitectura consta de las siguentes partes:
  

• Unidad de Memoria (UM)  
• Unidad Central de Proceso (CPU)
• Unidad de Control (UC)
• Unidad Aritmético-Lógica (UAL)
• Unidad de Entrada/Salida (UE/S)  
• Buses de comunicación

Unidad de Memoria (UM): es la encargada de almacenar la información. Esta arquitectura se caracteriza por utilizar dicha unidad tanto para almacenar información como para programas. Aquí surge el concepto de programa almacenado. De esta manera, un ordenador puede utilizarse para varios cometidos sin necesidad de reprogramarlo.

Nivel	Memoria	Velocidad	Capacidad
4	Auxilidar	<10 KHz	GB a EB
3	Secundaria	>100 KHz	GB a EB
2	Principal	>66 MHz	MB a GB
1	Cache	>200 MHz	KB a MB
0	Registros	>1 GHz	bit

• Auxiliar: esta memoria se usa como soporte de respaldo de información, pudiendo situarse en medios extraíbles o en red.
• Secundaria: también llamada memoria de disco. Se utiliza para almacenar información de forma permanente, por lo que es de alta capacidad.
• Principal: conocida también como memoria RAM. Es el bloque que constituye realmente la UM. Se emplea para almacenar datos y programas de forma temporal.
• Caché: memoria intermedia entre la UM y la CPU utilizada como apoyo para acelerar los accesos de la CPU a la UM. La cache, en realidad, está dispuesta en varios niveles (L1, L2, L3, L4) siendo la L1 la más rápida y de menor capacidad, y la L4 la más lenta y de mayor capacidad. En función de la frecuencia de uso la información se va moviendo entre los diferentes niveles de la cache antes de abandonarla.
• Registros: son memorias de alta velocidad y baja capacidad utilizadas para el almacenamiento intermedio de datos en las unidades funcionales, especialmente en la UC y la UAL.

 Unidad Central de Proceso (CPU):

Es el circuito integrado constituido por millones de componentes electrónicos. Se encarga de interpretar las instrucciones contenidas en los programas y procesa los datos. Constituida esencialmente por:

• Unidad Aritmético-Lógica (UAL)
• Unidad de Control (UC)
• Su propia memoria integrada que no es la RAM

Unidad Aritmético-Lógica
La UAL es el verdadero núcleo de cálculo del ordenador ya que se encarga de realizar las operaciones aritméticas (suma, resta...) y lógicas (comparación, negación…) ordenadas por la UC.
El elemento principal en la UAL es el operador. Un operador es un componente electrónico cuya misión es realizar un cálculo. Los operadores se pueden clasificar según:

• Su ámbito: en genéricos (pueden realizar diferentes operaciones) o específicos (solo pueden realizar un tipo de operación). 
• El número de operandos: en monádicos (solo una entrada, por ejemplo, el negador), diádicos (dos entradas, por ejemplo, el operador suma) o triádicos (tres entradas, por ejemplo, el condicional). 
• Su capacidad de operar: en serie (reciben la información en una secuencia de bits y los procesan uno a uno hasta terminar toda la ristra) o en paralelo (recepcionan la información en bloques de bits, que procesan de forma simultánea).
  

Unidad de Control 
La UC se encarga de buscar las instrucciones en la UM, interpretarlas y generar en cada momento las órdenes necesarias para ejecutar la operación requerida por cada instrucción. La UC está compuesta por:

• Circuito de control: genera las señales de control necesarias para gobernar el ordenador. Sus partes principales son: 
• Decodificador: interpreta la instrucción y determina el conjunto de órdenes necesarias para llevarla a cabo.
• Secuenciador: distribuye de forma ordenada las señales de control correspondientes a cada orden recibida.
•  Reloj: es un circuito que genera pulsos, los cuales marcan la temporización básica del sistema. El reloj se utiliza como elemento sincronizador de todos los movimientos que se realizan en el ordenador.
• Registros: son utilizados por el circuito de control para labores auxiliares diversas (resultados intermedios, direcciones…).
  

Unidad de Entrada/Salidad

 Esta unidad es la encargada de establecer la comunicación entre el usuario y la CPU. Para llevar a cabo el enlace utiliza unos dispositivos denominados periféricos. Podemos clasificar los periféricos, en función de su propósito, en:

• Periféricos de entrada: con ellos el usuario introduce la información en el ordenador. Ejemplos: ratón, teclado, escáner…
• Periféricos de salida: son utilizados por el ordenador para mostrar la información al usuario. Ejemplos: monitor, impresora, altavoces...
• Periféricos de E/S: pueden actuar en los dos sentidos del flujo de la información, tanto para introducir los datos como para mostrarlos. Este tipo de periféricos, a su vez, se clasifican en:
• Periféricos de comunicaciones: se emplean para establecer una comunicación entre dos usuarios a través de los ordenadores. Ejemplos: módem, router, switch…
• Periféricos de almacenamiento: se utilizan como memoria auxiliar a la principal del ordenador. En ellos se pueden realizar las mismas operaciones de lectura y escritura.

Como vemos, hay una gran variedad de periféricos, por lo que deberá existir un sistema que permita el intercambio de información entre cualquiera de estos dispositivos y el ordenador.
Este sistema en cuestión consta de dos partes:

• Interfaz: se encarga de gestionar el intercambio de información entre el periférico y la CPU. Adapta la información específica de cada dispositivo a un conjunto de señales normalizadas de forma que actúa como interlocutor del periférico y la máquina.
• Controlador: su misión es gestionar directamente el periférico. Es un sistema electrónico o mecánico que suele ir integrado en el propio periférico, por lo que podemos deducir que es específico de este. 

Puertos

Un puerto es una forma genérica de denominar a una interfaz por la cual diferentes tipos de datos pueden ser enviados y recibidos. Dicha interfaz puede ser física, o puede ser a nivel software. La variedad es diversa, aunque en la actualidad solo se están usando algunos de los que a continuación mencionaremos:

• El Puerto ISA (Industry Standard Architecture)
• El Puerto PCI (Peripheral Component Interconnect
• El Puerto AGP (Accelerated/Advance Graphics Port)
• El Puerto ARM (Audio Riser Modem)
• El Puerto USB (Universal Serial Bus)

                                                                                                                                                                      
Fuentes:
Apuntes propios
Wikipedia: Aquitectura von Neumann
Monografias: Arquitectura von Neumann
Emagister: Arquitectura computadoras diseño

¡Bienvenido a mi blog!

Bueno aquí esta mi primer blog. Lo utilizare para publicar trabajos y demás cosas relacionadas con el modulo FUHA. Todavía esta bastante soso, pero ira mejorando!!